作者：空军军医大学西京医院骨科 魏伟
腰椎管狭窄症（LSS）是指各种病因引起的椎管诸径线一个或多个缩短以致压迫硬膜囊脊髓或神经根而导致相关的神经压迫综合征。该病的发作具有显著的年龄和性别特征，一般在40岁以上群体中多发，且常发作于男性。神经源性间歇性跛行（NIC）是最常见的临床表现，其特点是通常在休息和静坐时无明显症状，但长时间行走或过度劳累时，则会出现下肢无力、麻木以及疼痛，经一段时间的休息或者下蹲症状可减轻或消失。因此，该病患者群体通常因行走功能受限为主诉求医。
步态分析现状及其在LSS疾病中的应用
国外步态分析研究于上世纪60年代开始兴起，而直至上世纪80年代，国内的相关研究才开始起步。目前我国一些设备精良的三级甲等医院、医学研究所、体育或康复中心均装备有此类检查室，但多为单一系统，如三维测力平台系统，运动影像捕捉系统，足底压力分布测量系统和
文中作者通过系统性地回顾2000~2018年期间LSS患者相关的步态研究，将其对LSS患者的步态分析归为以下四类：步态时间距离参数及步态周期研究、步态动力学参数研究、步态运动学参数研究和EMG研究。步态时间距离参数及步态周期研究的是受试者步行时的步频、步速、步幅等基本参数以及步态周期的时相情况，出现时间最早，应用也最为广泛；步态动力学参数研究针对受试者行走时产生的地面反作用力、力矩、关节力等进行测量分析，描述各驱使运动的力；步态运动学参数研究则通过测量受试者行走运动的形态、速度和方向等参数，衡量肢体的各部分运动速度、线性位移和角度位移；EMG研究对受试者行走过程中肌肉活动的特征与属性变化进行检测，并分析其在不同长度和张力下如何影响肢体及关节活动。
LSS患者的步态特征
LSS患者最为典型的症状为NIC，主要表现为一侧或双侧下肢的疼痛和/或麻木、无力，由行走引起，坐下或蹲下后缓解。此外，为减轻神经根压迫症状，LSS患者倾向于保持腰椎前屈位行走。由于LSS患者行走模式异于常人，其步态分析参数也多因之改变。为了全面认识LSS患者的步态模式，本文将从以下几个方面对LSS患者的步态特征进行分析并作出科学解释，全面探讨LSS患者步态模式，以期为步态分析在LSS疾病的诊疗应用中提供参考。
LSS患者时间距离参数及步态周期特征 关于LSS患者的NIC症状，临床上常应用独立行走距离测试或行走距离问卷的方式进行量化。虽然这些方式可一定程度评估LSS患者步行能力，提供部分步态时间距离参数，但它们无法评估具体的步态特征变化。随着各类智能穿戴设备的发明，使得临床上对步态时间距离参数进行准确评估成为可能。这种设备由患者携带，通过内置的传感器、陀螺仪、加速度计等自动获取数据并存储于内部记忆卡。Sun等［14］利用此类新型智能便携式设备（IDEEA,MiniSun,LLC,Fresno,CA,USA）测量了LSS患者的步态时间距离参数。他们发现，与健康受试者相比，LSS患者行走时步频适中，但其步幅较短，步速较慢。Garbelotti等应用了三维运动分析系统进行LSS患者的步态分析，发现了相似的结果。他们还对步态周期进行了分析，并观测到LSS患者患侧单支撑相与健侧摆动相显著减少，双支撑相明显延长。作者分析，造成此类变化的原因可能是LSS患者为了行走时保持平衡的补偿策略。Stucki等之前报道，约66%的患有LSS的老年人伴有平衡功能障碍，相比于常人有更高的跌倒风险。不论降低步速、减少步幅还是增加双足支撑时间，都有助于增加行走的稳定性，减少脊柱的负荷或减轻由此产生的疼痛。
在行走过程中，每个步态周期各参数之间都存在些许差异，称为步态变异性。利用步态分析仪器所获得的参数进行相关的数学运算，进而用数值表示这种变异性的大小，较高的数值意味着更为不规则、更不稳定的步态。Papadakis等利用此参数研究了LSS患者的步态，并发现在健康受试者与LSS患者之间可观测到步态变异性的显著差异，表现为LSS患者在行走过程中步态模式变化较大，步态变异性增加。类似的发现在Suda等和Loske等的研究中也有所报道。这些发现提示，LSS患者的低行走耐受能力和根性疼痛迫使他们通过调节步态模式来代偿，致使步态不规则和变异性增加，行走过程缺乏稳定性。
LSS患者步态运动学和动力学特征 由于步态运动学参数和动力学参数常可利用一套设备同时获取，因此在步态分析中，两者常常结合起来进行分析。这两类参数的获得需在人体各活动关节和解剖结构上贴附传感器，配合运动影像捕捉系统与专业软件，计算出行走过程中传感器贴附结构的速度、位移、角度、应力、力矩等数据。关于LSS患者步态运动学和动力学分析较为详尽，有较多现存文献可供参考。Hayashi等利用简易设备对LSS患者在行走过程中膝关节和踝关节的运动情况进行分析。他们根据腰椎狭窄节段将LSS患者分为L4组与L5组，并发现LSS患者与健康受试者在膝关节和踝关节运动学上存在显著差异。L4组患者主要运动动力学特征为膝关节运动波形的波谷更深，力矩较正常人减小，反映了LSS患者患侧足部触地时存在膝关节过伸，其目的在于减少对股四头肌力量的需求；L5组患者的主要特征为踝关节运动波形显示出单峰图案，不同于健康受试者的双峰图案。这一发现可解释为L5神经支配的胫骨前肌肌力的减弱，足跟与足趾触地的时间间隔消失，两者同时触地导致了单峰波形的形成。Yokogawa等针对L4节段狭窄的LSS患者进行运动学分析，除了在膝关节处观测到与上述研究相似的结果外，还发现LSS患者髋关节运动波形的振幅明显较小，即髋关节活动范围的减小。这一表现在Igawa等的研究中得以解释，他们提出LSS患者在行走时若保持躯干直立姿势，可通过减少步幅和髋关节伸展角度来减少腰椎前凸进而减轻椎管内压迫症状，因此髋关节活动范围受限。值得注意的是，Iga⁃wa等的研究还提及到另一种LSS患者的步态模式，即行走时保持躯干屈曲姿势以减少腰椎前凸，这种模式下则需采用较健康受试者更长的步幅和更大的髋关节伸展角度，髋关节活动范围反而增加。这两种步态模式LSS患者都可能采用，Igawa等提出，LSS患者采取躯干直立的行走方式时腰背部肌肉负荷较少，更利于他们的长期健康。
虽然关于步态运动学和动力学的研究较多，但针对步态动力学的研究仍有不足。步态动力学的一种广泛应用的研究方式是通过三维测力平台获取行走过程中足底与地面间接触力数据，通过专业软件形成时间曲线或力矢量图进行相关分析。该类设备由于便携性较差、实验设置条件较为复杂而限制了其应用，但分析所获得数据的准确性与实用性却是智能穿戴设备所无法比拟的。然而，通过检索阅读文献，作者发现目前的LSS步态分析研究很少涉及这一方面，LSS患者的足底压力分布情况仍未阐明，还需进一步研究。
LSS患者下肢EMG参数特点 EMG参数的获取相比之前提到的参数更为简单，只需将金属板状电极贴在欲检测的肌肉上，便可采集到体表面的微弱电压，通过将信号放大传输入计算机进一步处理。该技术经过多年的应用已较为成熟，成本低廉，步骤简单，在各级医疗单位都有广泛应用。然而，由于其获取的参数与步态动力学参数在应用上有部分重合，因此一直在LSS患者步态分析中作为辅助，很少有针对EMG进行的研究。早期有研究表明，LSS患者受脊髓和/或神经根压迫症状的影响，其臀中肌、股四头肌、胫骨前肌等下肢肌肉EMG参数明显异常，常表现为肌力减弱、耐力下降、腱反射异常。此外，Shin等的一项关于LSS患者行走过程中越障能力的研究中，着重应用了EMG参数进行分析。在此研究中，作者测量了LSS患者臀中肌和股外侧肌的EMG参数，并发现在越过障碍物时，LSS患者臀中肌处收缩较健康人减少，而股外侧肌收缩增多。进一步分析表明，LSS患者越障时骨盆运动受限，躯干过屈，步态缺乏稳定性，有更高的跌倒风险。由于臀中肌是主要的髋关节外展肌，在承重时起主要作用，单侧支撑时稳定骨盆抵抗重力，而股外侧肌（VL）是主要的股四头肌，参与动态膝关节伸展，将膝关节受力向外侧引导，维持膝关节的稳定。因此，LSS患者下肢肌肉肌力的异常是造成行走功能受限、模式异常的重要原因之一。
LSS患者步态分析的临床应用
LSS患者由于脊髓和/或神经根压迫症状而行走能力受限，并多伴有特征性的NIC症状，在临床和科研中，评估LSS的功能状态、治疗结果和疾病进展时常需测量患者的步行能力。因此，客观准确的量化步行能力非常重要。步态分析首先找出正常人步态周期中的有关时空间、运动学和动力学等正常参数值和曲线，然后在此基础上分析LSS患者的异常参数值和曲线，从而为LSS患者的行走功能评定、手术方案的制定提供客观真实的证据。此外，将患者治疗前后的步态分析结果进行对比，对长期随访的LSS患者进行步态分析，也能为评价治疗后效果、康复治疗方法的选择及调整提供切实可行的依据。
展望
综上所述，随着设备的改善与技术的提升，LSS患者行走功能的检测已从主观定性判断，发展为多元化可追踪量化的技术方法。步态分析方法无创、简便、成本低廉，其技术设备不断进步，分析方法日趋完善，不仅将在LSS疾病的诊疗中发挥更大的作用，还会扩展到广泛的神经肌肉骨骼相关疾病的研究当中，发挥其更为普遍适用的价值。然而，本文前面也提到，关于LSS疾病的步态分析仍有空缺，LSS患者的足底压力分布情况还未有研究涉足，LSS患者行走过程的能量代谢参数和机械能参数也仍未阐明，这都需要临床医务人员与科研工作者的进一步研究。此外，如何能更高效准确获取LSS患者行走过程的生物力学和运动学资料，并简化操作，还需要医疗工作研究人员和工程师们共同的努力。
来源：中国矫形外科杂志2019年10月第27卷第20期
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